CN108153931A - Vba结合apdl进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法,包括：通过定制APDL基本命令流程序格式一次性完成ANSYS软件计算分析的基本环境设置，在VBA程序界面中输入数据方式替代ANSYS软件中建模等前处理操作，自动生成APDL完整命令流程序，自动提取并分析ANSYS有限元计算结果，自动生成支吊架力学性能分析报告。本发明利用VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析，省略了传统的核电站管道支吊架力学性能计算分析过程中大量繁琐的手动操作，最大限度地减少了核电站管道支吊架力学性能计算分析的时间，能有效提升设计人员的设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及核电站管道支吊架力学性能有限元计算分析技术，具体涉及一种利用VBA汇编语言结合APDL(ANSYS参数化设计语言)进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法。
背景技术
核电站管道的支架数量庞大、种类繁多、形式各异，且绝大部分为非标准形式，需对其进行力学性能计算分析，以保证在各种运行工况下支架的力学性能满足相关技术规范的规定。为保证支吊架力学性能计算分析过程的标准化和计算结果的准确性，设计人员采用ANSYS软件作为核电站管道支架应力计算分析工具，还需查阅相关技术规范和设计手册。在ANSYS软件操作过程中，要依次完成设置分析类型、单元类型及参数、材料性能参数、截面参数、几何模型建立、网格划分、关键点荷载、关键点约束等前处理操作；在计算完成之后，还需要根据规范要求提取计算结果进行手动分析判断，并结合分析结果手动编制支吊架力学性能分析报告。整个计算分析过程十分繁琐,分析过程中对模型的修改和重新计算也较为困难，对计算人员素质要求高，造成支架计算效率低下。因此迫切需要开发能简化建模过程、提高计算效率的程序。
VBA是一种面向终端用户的软件编程语言，利用VBA编写的程序，可实现自动重复繁琐操作，对数据进行复杂的处理和分析。APDL(ANSYS ParametricDes ign Language)即ANSYS参数化设计语言，具备参数化定义ANSYS软件设置、实现ANSYS操作过程自动化的特点，其优点是可以减少重复工作，特别适用于需要反复验收、不断优化的的计算分析过程。同时，核电站支吊架力学性能分析需根据计算结果不断优化，不同支吊架力学性能分析操作、结果输出、性能判断规范、分析报告格式等要求均一致。因此使用VBA结合APDL简化核电站支吊架力学性能分析过程成为可能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中采用ANSYS软件作为核电站管道支架应力计算分析工具时，整个计算分析过程十分繁琐,且计算效率低下的问题，提供一种快捷便利、设计效率高的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法。
本发明的技术方案如下：一种VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，包括如下步骤：
(1)建立核电站管道支吊架力学性能计算分析的基本数据表或数据库；
(2)根据核电站管道支吊架结构静力有限元计算分析过程中ANSYS软件设置及操作规则，定制APDL基本命令流程序格式；
(3)编制VBA程序，使之能够进行支吊架设计参数输入、APDL命令流的转化以及计算结果的提取和分析；
(4)在VBA程序界面中输入支吊架设计参数；
(5)利用VBA程序，生成支吊架原始数据表和APDL完整命令流程序；
(6)将APDL完整命令流程序导入到ANSYS软件运行，完成支吊架结构静力有限元计算并输出结果；
(7)利用VBA程序，提取并分析支吊架结构静力有限元计算结果，如结果不满足规范要求，则返回步骤(4)重新输入支吊架设计参数，或者修改并导入步骤(5)中生成的原始数据表，重新进行支吊架结构静力有限元计算；如计算结果满足规范要求，则生成支吊架力学性能分析报告。
进一步，如上所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，步骤(1)中，所述的基本数据表或数据库包括：支吊架设计中应用的型钢及其结构特性参数数据表或数据库、支吊架力学性能评判标准数据表或数据库。
进一步，如上所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，步骤(2)中所述的操作规则包括ANSYS软件前处理、计算、后处理规则，定制的APDL基本命令流程序，一次性完成分析模块、单元类型、实常数、材料参数、网格划分选型、分析类型、视图方向、结果输出内容及格式操作选项设置。
进一步，如上所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，步骤(3)中编制的VBA程序包括：
支吊架原始数据输入模块，
型钢特性选择模块，
节点特性数据转APDL命令流模块，
受力点特性数据转APDL命令流模块，
固定点特性数据转APDL命令流模块，
各类型命令流合并模块，
计算结果筛选提取模块，
计算结果图片提取插入模块，
力与力矩方向转换与埋件许用核算模块，
结果提取转化及报告生成模块。
进一步，如上所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，步骤(4)中输入的设计参数包括：几何模型关键点、结构尺寸、关键点荷载、关键点约束参数，型钢种类及其特性参数。
进一步，如上所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，步骤(7)中，通过运行VBA程序自动提取ANSYS软件的支吊架结构静力有限元计算结果，并比照支吊架力学性能评判标准数据表或数据库，依次对支吊架管部、连接件、锚固结构的力学性能进行分析，以判断支吊架设计是否满足规范要求。
进一步，如上所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，步骤(7)中，所述的修改并导入步骤(5)中生成的原始数据表，实现对ANSYS计算分析几何模型、型钢截面特性、关键点荷载、关键点约束的便捷修改。
本发明的有益效果如下：本发明利用VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，省略了核电站管道支吊架力学性能计算分析过程大量繁琐的手动操作,包括：通过定制APDL基本命令流程序格式方式一次性完成ANSYS软件计算分析的基本环境设置、在VBA程序界面中输入数据方式替代ANSYS软件中建模等前处理操作、自动生成APDL完整命令流程序、自动提取并分析ANSYS有限元计算结果、自动生成支吊架力学性能分析报告。本发明思路清晰、过程全面、操作简单，不要求设计人员熟练掌握有限元计算原理及ANSYS软件操作方法，只在VBA程序界面中输入支吊架设计基本数据，再自动运行相应的VBA和APDL程序即可完成核电支吊架管道力学性能分析的繁琐工作。本发明充分利用VBA和APDL程序带来的便捷性，减少人工操作步骤，节约人力成本，最大限度地减少了核电站管道支吊架力学性能计算分析的时间，有效提升设计人员的设计效率。
附图说明
图1为本发明VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析方法的基本流程图；
图2为本发明具体实施例中VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析方法的流程图；
图3为本发明具体实施例中生成APDL命令流程序的流程示意图；
图4为VBA程序输入参数操作界面示意图；
图5为VBA程序提取并分析支吊架结构静力有限元计算结果的操作界面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明所提供的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，建立核电站管道支吊架力学性能计算分析的基本数据表(库)；定制了APDL基本命令流程序格式，一次性完成利用ANSYS软件进行核电站管道支吊架结构静力有限元计算分析的基本环境设置；编制VBA程序，使之能够进行支吊架设计参数输入、APDL命令流的转化以及计算结果的提取和分析，利用在VBA程序界面中输入支吊架设计参数的简单操作，替代ANSYS有限元力学分析过程中几何建模、型钢截面参数设置、荷载输入、约束设置等繁琐的前处理操作；运行VBA程序将支吊架设计参数读入APDL基本命令流程序，完成ANSYS操作环境设置并生成APDL完整命令流程序，该命令流程序导入到ANSYS软件中将自动完成支吊架结构静态分析有限元计算并输出计算结果；进一步通过VBA程序自动提取及分析计算结果，并根据分析结果生成支吊架力学性能分析报告。
如图2所示，本发明具体实施例中VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，包括如下步骤：
步骤1：建立核电站管道支吊架力学性能计算分析的基本数据表(库)，包括：支吊架设计中应用的型钢及其结构特性参数数据表(库)、支吊架力学性能评判标准数据表(库)；
根据核电站管道支吊架结构静力有限元计算分析过程中ANSYS软件设置、操作规则，定制APDL基本命令流程序格式；所述的操作规则包括ANSYS软件前处理、计算、后处理规则，定制的APDL基本命令流程序，一次性完成分析模块、单元类型、实常数、网格划分选型、分析类型、视图方向、结果输出内容及格式操作选项设置。
步骤2：编制VBA程序，在VBA程序界面中输入支吊架设计参数，包括：几何模型关键点、结构尺寸、关键点荷载、关键点约束等参数，并从预先建立的型钢及其结构特性参数数据表(库)中选取合适的型钢种类及其特性参数。
VBA程序包括如下模块：
--支吊架原始数据输入模块，包括结构单元特性输入、节点特性输入、支架受力参数输入等；结构单元特性输入包括单元起始节点、型钢参数，节点特性输入包括固定点的节点编号，支架受力参数输入包括支架受力点三个方向的力与力矩；
--型钢特性选择模块，用于设置“型钢规格”、“型钢开口方向”；
--节点特性数据转APDL命令流模块，用于将节点间三方向数值变量、型钢特性参数转换为ANSYS可识别的命令流，并将原始数据及命令流分别存入相应的数据库；
--受力点特性数据转APDL命令流模块，用于设置受力点、删除受力点；
--固定点特性数据转APDL命令流模块，用于设置固定点、删除固定点；
--各类型命令流合并模块，用于将上述各过程生成的命令流合并为完整的APDL命令流并完成文件输出；
--计算结果筛选提取模块，用于从ANSYS计算结果中提取拉伸应力、压缩应力、剪切应力、弯曲应力、位移、约束点受力并筛选极值，然后填写到操作界面的相应单元中；
--计算结果图片提取插入模块，用于插入相应的应力云图，使操作者可对提取数据进行核对；
--力与力矩方向转换与埋件许用核算模块，用于根据型钢方向及基板方向自动转换轴向力、力矩后进行基板、膨胀螺栓受力核算；
--结果提取转化及报告生成模块，用于将上述各环节生成的结果提取并填写到程序内置的计算书模板中，按照核电相应规范进行综合评定并生成pdf版报告。
VBA程序输入支吊架设计参数的界面如图4所示，
单击“清空数据”按钮，清空所有旧数据；程序默认初始点为1，第二点为2；
输入点1到点2间三方向增量；
设置型钢型号及开口方向；
单击“下一点”按钮，完成本次节点的保存工作，开始下一节点的设置，直至完成支架模型；
单击“设置固定点”按钮完成支架生根点的设置；
单击“设置受力点”按钮完成支架受力点的设置；
单击“生成命令流”按钮，生成原始成果文件。
成果文件分为各单元型钢参数、固定点参数、受力点参数三个数据库。
步骤3：利用VBA程序，自动生成支吊架原始数据表和APDL完整命令流程序。转换程序由节点坐标转换、型钢开口方向控制、支架受力点设置、支架固定点设置、模块合并等几个子程序组成，前四个子程序循环执行后的结果文件通过模块合并程序合并后生成APDL完整命令流文件。
步骤4：将APDL完整命令流程序导入到ANSYS软件运行，完成支吊架结构静力有限元计算并输出结果，导出应力表、位移表、约束点受力表、应力云图等计算结果。
步骤5：利用VBA程序，自动提取并分析支吊架结构静力有限元计算结果，通过运行VBA程序提取应力表、位移表、约束点受力计算结果，根据相关技术规范要求对支吊架的管部、连接件、锚固结构的力学性能分别进行分析判断，如结果不满足规范要求，则返回步骤(3)重新输入支吊架设计参数，或者修改并导入步骤(4)中生成的原始数据表，重新进行支吊架结构静力有限元计算。如计算结果满足规范要求，则进一步读取应力云图输出结果，自动生成支吊架力学性能分析报告。具体操作界面如图5所示。
通过“计算结果浏览”按钮调入不同的结果云图；
单击“提取结果数据”按钮，程序自动提取应力、变形位移值至“应力位移数据区”；提取支架生根点的力与力矩至“埋件核算结果区”。
程序依据支架最大变形量及支架功能判断支架刚度是否符合国标要求，如超标，将提示重新计算。
基板包括NE、NF、NG三种，按生根点浇灌层类型又分为一次浇灌层、二次浇灌层两类。
核算时操作者选择固定点编号，选择预埋板型号，然后单击“核算”按钮完成埋件核算。
程序自动将ANSYS中的X、Y、Z三向受力值根据埋件实际位置转化为N、Ty、Tz值。转换时依据生根点型钢轴向确定计算结果中对应的N值，剩余两个则为Ty、Tz值(Y、Z值可互换，对埋件校核结果无影响)，转换完成后，程序会填充颜色提示。
如图3所示，本发明所提供一种利用VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，预先编写的APDL基本命令流程序，完成了ANSYS计算操作环境的所有基本设置，依次为：设置分析模块、设置单元类型、设置实常数、设置材料参数、设置网格划分、设置分析类型、设置视图方向、设置原始数据单元表、设置原始数据运算处理、设置结果输出格式，上述操作只需在本方法实施之初执行一次即可，后续用户可直接调用APDL基本命令流程序及其设置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，包括如下步骤：
(1)建立核电站管道支吊架力学性能计算分析的基本数据表或数据库；
(2)根据核电站管道支吊架结构静力有限元计算分析过程中ANSYS软件设置及操作规则，定制APDL基本命令流程序格式；
(3)编制VBA程序，使之能够进行支吊架设计参数输入、APDL命令流的转化以及计算结果的提取和分析；
(4)在VBA程序界面中输入支吊架设计参数；
(5)利用VBA程序，生成支吊架原始数据表和APDL完整命令流程序；
(6)将APDL完整命令流程序导入到ANSYS软件运行，完成支吊架结构静力有限元计算并输出结果；
(7)利用VBA程序，提取并分析支吊架结构静力有限元计算结果，如结果不满足规范要求，则返回步骤(4)重新输入支吊架设计参数，或者修改并导入步骤(5)中生成的原始数据表，重新进行支吊架结构静力有限元计算；如计算结果满足规范要求，则生成支吊架力学性能分析报告。
2.如权利要求1所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的基本数据表或数据库包括：支吊架设计中应用的型钢及其结构特性参数数据表或数据库、支吊架力学性能评判标准数据表或数据库。
3.如权利要求1所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的操作规则包括ANSYS软件前处理、计算、后处理规则，定制的APDL基本命令流程序，一次性完成分析模块、单元类型、实常数、材料参数、网格划分选型、分析类型、视图方向、结果输出内容及格式操作选项设置。
4.如权利要求1所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，其特征在于：步骤(3)中编制的VBA程序包括：
支吊架原始数据输入模块，
型钢特性选择模块，
节点特性数据转APDL命令流模块，
受力点特性数据转APDL命令流模块，
固定点特性数据转APDL命令流模块，
各类型命令流合并模块，
计算结果筛选提取模块，
计算结果图片提取插入模块，
力与力矩方向转换与埋件许用核算模块，
结果提取转化及报告生成模块。
5.如权利要求1所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，其特征在于：步骤(4)中输入的设计参数包括：几何模型关键点、结构尺寸、关键点荷载、关键点约束参数，型钢种类及其特性参数。
6.如权利要求2所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，其特征在于：步骤(7)中，通过运行VBA程序自动提取ANSYS软件的支吊架结构静力有限元计算结果，并比照支吊架力学性能评判标准数据表或数据库，依次对支吊架管部、连接件、锚固结构的力学性能进行分析，以判断支吊架设计是否满足规范要求。
7.如权利要求1或6所述的VBA结合APDL进行核电站管道支吊架力学性能计算分析的方法，其特征在于：步骤(7)中，所述的修改并导入步骤(5)中生成的原始数据表，实现对ANSYS计算分析几何模型、型钢截面特性、关键点荷载、关键点约束的便捷修改。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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